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title: "恒星眩光旁的行星直接成像互动实验｜Sandbox Physics"
description: "这个暗点是伴星，还是散斑？伴星随天空转动，仪器散斑则较多停留在瞳孔坐标。"
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  en: "https://sandboxphysics.com/labs/pupil-engineering-coronagraph/"
last_modified: "2026-11-03"
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O067 · AC22 · 会转动的暗点

# 恒星眩光旁的行星直接成像

**这个暗点是伴星，还是散斑？** 伴星随天空转动，仪器散斑则较多停留在瞳孔坐标。扣掉恒星光晕可以显出伴星，也会删掉部分伴星光并混合光谱通道。把已知光源送过同一处理过程，可以测量这种响应；噪声、位置和 PSF 的不确定性仍会限制提取出的光谱。

看微弱光源穿过固定的恒星光晕，再测量扣除光晕怎样改变它的光谱。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

[观测伴星](https://sandboxphysics.com/zh/labs/pupil-engineering-coronagraph/) [光学台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/pupil-engineering-coronagraph/?mode=bench)

模型假设

这是标量 Lyot 日冕仪的合成观测：八米圆形瞳孔、五个有限近红外波段、给定的静态与演化光程误差，以及光子计数和读出噪声。同一组实际采样数据用于相机回放、角差或谱差处理和有限注入响应。相机显示放大天角；转动代表瞳孔跟踪时的视场旋转，不是行星公转。保留的光学台模式展示瞳孔、遮挡面、Lyot 光阑和末端相机的共轭关系。观测模式是一台教学仪器，没有复刻 GPI 光学设计或自适应光学控制器。孔径光谱采用比较环经验协方差，再加估计光源的光子噪声；所列统计量只是名义值，不是全局探测概率。数据依赖的 KLIP、少量比较区、位置与 PSF 误差须结合课程中的独立检验。真实 GPI 观测在本地下载教程中分析；像素重分发条款尚未明确，因此网站没有内嵌这些观测像素。

残差与光谱来自同一组采样合成帧。虚线显示给定的输入光谱，便于对照。

减除并减旋以后

提取出的对比度光谱

每个注入波段怎样改变输出

误差包含了什么

孔径估计条件于所选光源位置和采用的 PSF。均值角差、谱差的光子方差按固定数值算子精确传播；数据依赖 KLIP 用有限光源光子重采样，并重新计算基。两者都没有消除少量相关比较区所估协方差的不确定性；课程另以独立完整采样、空间光谱位置剖面和 PSF 失配检查它。

物理教程

## 跟着暗点走，再数清它的光

**背景** 日冕仪在光到达相机前削弱轴上恒星场，残余光程误差仍会把相干星光散成斑驳光晕。

**为什么值得理解** 一个暗点是否可信，要看它的运动与处理后流量能否由同一光学模型解释。

先抓重点

- **核心问题**: 拿含有伴星的图像做参考，伴星究竟还能剩下多少？
- **一句话直觉**: 处理算子同时作用于光源和光晕；读光谱前，要标定整套算子，包括被光源改变的参考。

### 核心数学模型

#### 光程误差产生相位

$$
\phi_\lambda=2\pi W/\lambda
$$

光程误差和波长使用相同长度单位，光程误差不等于镜面位移。

#### 先数光子，再做减除

$$
D_{t\ell p}\sim\operatorname{Poisson}\!\left[N_\star(p_{\star,t\ell p}+c_\ell p_{{\rm s},t\ell p})+b\right]+\mathcal N(0,\sigma_{\rm r}^2)
$$

相机 PSF 保留日冕仪和有限视场损失，不按透射流量重新归一。

#### 标定耦合光谱

$$
\widehat{\boldsymbol c}=(A^{\mathsf T}C^{-1}A)^{-1}A^{\mathsf T}C^{-1}\boldsymbol y
$$

响应矩阵的每一列来自处理前的单独波段注入；奇异方向无法靠这次求逆测出。

### 常见难点

#### 亮残差不等于概率

**容易误解** 局部统计量很大，就直接给出了真实行星的概率。

**正确理解** 比较样本少且相关，盲搜还会增加尝试次数；教程把名义统计量和零假设实验分开。

#### 已知注入没有创造新观测

**容易误解** 向真实数据加经验 PSF，就模拟了一次含完整噪声的独立观测。

**正确理解** 它测量的是冻结背景上的条件处理响应；独立光子和散斑实现需要另做模拟。

### 动手实验

1. 01

   #### 看光源转动

   打开伴星在转，拖动青色空心手柄；它标记合成输入位置，不是探测出的定位。

   **你会看到：** 采样相机里的光源遵循减旋时采用的同一视场转角。

2. 02

   #### 失去大部分光

   选择几乎不转，比较处理后的孔径响应。

   **你会看到：** 参考在各帧中看到几乎相同的光源，因此减除会删掉它的大部分。

3. 03

   #### 混合波段

   在进阶设置选择谱差加角差处理，查看响应矩阵。

   **你会看到：** 一个波段的注入会改变多个提取波段，只除以对角通量响应会漏掉这种效应。

物理结论

清楚的残差图很有用；经过标定的光谱还需要响应和站得住脚的噪声模型。

## 相关实验与文章

从恒星眩光读到伴星光谱 · 阅读路径

### 从恒星眩光读到伴星光谱

这条阅读路径里用到本实验的文章，后面跟着它们推荐的其他实验。

1. [文章 **恒星旁边那个会转动的暗点**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/direct-imaging/the-point-that-turns/)
2. [文章 **从瞳孔光波走到相机计数**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/direct-imaging/from-pupil-to-pixels/)
3. [文章 **扣除光晕为什么也会扣掉伴星**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/direct-imaging/rotation-and-self-subtraction/)
4. [文章 **提取光谱时把误差一起带回来**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/direct-imaging/recovering-a-coupled-spectrum/)
5. [文章 **用三次 GPI 曝光提取对比度光谱**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/direct-imaging/betapic-gpi-tutorial/)
6. [文章 **沿着原论文读懂散斑与伴星分离**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/direct-imaging/reading-speckles-and-wavefront-control/)

波与光学 · 入门路径

## 从一条光线到干涉测量

从折射出发，找到光线模型失效的地方，再用干涉测量极小的距离。

[从这里开始 → **光学界面探索器** 转动入射角，观察反射与透射功率此消彼长；再切换到“临界角与全反射”场景。 观察 · 11 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/optical-boundary-explorer/)

1. [1 光学界面探索器](https://sandboxphysics.com/zh/labs/optical-boundary-explorer/)
2. [2 彩虹焦散观测站](https://sandboxphysics.com/zh/labs/rainbow-laboratory/)
3. [3 针孔相机](https://sandboxphysics.com/zh/labs/camera-obscura/)
4. [4 相干波合成器](https://sandboxphysics.com/zh/labs/coherent-wave-composer/)
5. [5 Young 双缝实验台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/young-double-slit-bench/)
6. [6 Michelson 精密测量台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/michelson-precision-lab/)

[查看完整路径 →](https://sandboxphysics.com/zh/topics/waves-and-optics/#starter-path)